本杰明富兰克林错了吗(关于传统电流)?

电器工程 当前的
2022-01-10 20:11:30

我开始看到很多人声称传统电流是“错误的”,因为富兰克林在开始研究静电学时犯了一个错误,后来的科学家们并没有费心去纠正这个错误,而是更愿意保留“传统”(这是一个经典的例子:http ://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_1/7.html )

我一直以为他没有听错。他说电流在正电荷流动的方向上是正的,反之亦然。他当然无法知道背后摩擦的两根棍子的哪一侧实际上增加或减少了质量。所以他没有错。你被教了什么?

PS我不禁觉得我们很幸运他把它“倒退”了,因为显然很多人对静电感到困惑(包括那本教科书的作者!)并且相信电必须涉及电子(一个不幸的名字...... . 为什么他们不能被命名为负子...)

4个回答

电流,AKA,“常规电流”,是一种抽象的电流,即电荷的流动。从我在这里给出的先前答案

电流是一种抽象的电流,即电荷的流动,而不是电子流、电子的流动这样的物理电流。

但是电荷是事物的属性,而不是事物,即电荷总是由事物“携带” 。

因此,虽然电子流必然是电流(由于电子携带负电荷),但电流不一定是电子流。

例如,在盐溶液中,存在两种带电离子,带正电的钠离子和带负电的氯离子。想象一下,钠离子向右移动,氯离子向左移动。

显然,我们有两个方向相反的离子电流,但只有一个电流,它必须有一个方向。按照惯例,电流的方向是正电荷流动的方向。

因此,在这种情况下,两个离子电流都会产生向右的电流。第一项是由于右侧的正离子。第二项是由于左侧的负离子,负号在数字上“翻转”了对 电流的贡献。

这样想,如果我告诉你我以 -60 英里/小时的速度向西行驶,你就会知道我实际上以 60 英里/小时的速度向东行驶类似地,向左的负充电电流是向右的电流。

我不认为富兰克林是“对”或“错”,因为这只是名字的选择。

就粒子而言,(粗略地说)我们知道一种粒子会吸引另一种粒子并排斥它自己的粒子。我们也知道一种类型不会吸引或排斥自己或其他类型。
为了区分它们及其属性,我们称它们为某物并说它们具有某种类型的电荷——“正”、“负”或“中性”。

电子是一个轻子(一种基本粒子),电荷为 -1e。e这里是基本电荷的单位。质子电荷为 +1e,它由三个夸克(两个“上”和一个“下”)组成,电荷分别为 +2/3、+2/3、-1/3,总计+1。

然后其他一切都从这里开始。正如您在问题中给出的链接所说,我们通常将积极与“盈余”联系起来,因此对于具有更多积极意义的事物来说,这更有意义。然而,富兰克林所说的“正”是电子较少的一面。他们没有交换定义,而是简单地为电子分配了负电荷。

它有点像水向下流过的管道——我们说水流的方向是水流的方向。可能会说电流在相反的方向流动会令人困惑,但这就是电子学中的情况(即我们称“水”为负值)如果我们想象气泡以相反的方向流动,这就是我们称之为“空穴”(即缺少电子)并提供正电荷流动的心理图像。
当然,在金属线以外的物质中,电流可以由“真正的”正粒子或离子以及负粒子组成,因此我们不能总是假设电流是 Alfred 提到的电子流。

一些人指出,这种选择是任意的,并且在某些情况下正电荷是移动的。但要了解这个问题的真正意图,而不是说“对”或“错”,让我们将问题表述为,“现在我们可以获得本富兰克林和他的同龄人没有的知识,如果我们在“在创建命名约定的立场上,我们会做出同样的选择吗?还是归结为抛硬币?” 答案绝对不是!每个人都会同意最好的答案是将电子命名为正极而质子命名为负极(我们将电池的一侧称为电子从正极流出的一侧)。每个人都会同意这是首选的约定,因为最普遍的电流形式是电子流,其他例子,

富兰克林没有错,这只是一个惯例。电荷载流子可以是正的(如 p 型半导体材料或电解质中的正离子)或负的(如铜导体)。定义与正电荷流动方向相同的电流流动可以简化电磁方程,并且无需确定那里的载体类型(正或负)。它只是假设载流子是正的,并应用电磁方程或电学定理(即 KVL 或 KCL 等),而不用担心实际的载流子,并获得独立于电荷载流子的正确结果。请记住,在所有计算之后,实际流量将取决于载体的类型。

我们可以将常规流定义为与电子流相同,但它会使电磁方程稍微复杂化。然而,这种流动对于 p 型材料或正离子载体仍然不正确,因此同样的论点随之而来(但我们有一个更复杂的电磁学公式)。由于富兰克林的理论,我们今天拥有的常规电流不是选择的,但它是最方便的表示法。

作为旁注:我们可以选择(在发现电子和质子期间)电子的电荷是正的,质子的电荷是负的。是什么阻止我们以这种方式看待它?这只是一个约定。